JP7764537B2 - Computer-implemented method and tool for optical quality control of intermediate or final products of a production facility and production facility control device - Google Patents
Computer-implemented method and tool for optical quality control of intermediate or final products of a production facility and production facility control deviceInfo
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Description
本発明は、請求項1の上位概念による生産設備の中間製品または最終製品の光学的品質制御のためのコンピュータ実装方法、請求項6の上位概念による生産設備の中間製品または最終製品の光学的品質制御のためのコンピュータ実装ツール、および請求項11の上位概念による生産設備制御装置に関する。 The present invention relates to a computer-implemented method for optical quality control of intermediate or final products of a production facility according to the generic concept of claim 1, a computer-implemented tool for optical quality control of intermediate or final products of a production facility according to the generic concept of claim 6, and a production facility control device according to the generic concept of claim 11.
生産設備の生産プロセスは、どの分野またはどのドメインでそれに対応する生産設備で実行されるかに関係なく、不具合が生じないことは決してなく、多くの場合は光学的品質管理によって確実にされる必要がある。このことは、特に、自動化生産プロセスに当てはまる。ここで、光学的品質管理の際には、製品または製品の一部の画像を取得し、この画像に基づいて、全ての特徴が要件を満たしているか否かを演算する。また、品質管理を設定することは、最小のコストで新しい製品に対して調整されるべき、特に、産業分野の自律的な自動化生産設備において不利益である、エンジニアリングコストと結び付いている。 No matter in what field or domain the production process of a production facility is carried out with the corresponding production facility, it is never without defects and often needs to be ensured by optical quality control. This applies in particular to automated production processes, where optical quality control involves acquiring an image of the product or part of the product and calculating, based on this image, whether all characteristics meet the requirements. Furthermore, setting up quality control is associated with engineering costs that must be adjusted to new products at minimal cost, which is particularly disadvantageous in autonomous, automated production facilities in the industrial sector.
そのような生産プロセスの一般的な例は、ロボットシステムまたは自動化システムを用いた産業分野(産業ドメイン)の製品アセンブリであり、このようなシステムでは、汎用的に使用可能な移動機械がアセンブリのための処理タスク、サービスタスクおよび/または製造タスクを実行するために用いられるのであり、例えば、接合プロセス後には、設置すべき部品が正しい位置に設けられ、完全に係合しているか否かをチェックする必要がある。 A typical example of such a production process is the assembly of products in the industrial domain using robotic or automation systems, where versatile mobile machines are used to perform processing, service and/or manufacturing tasks for the assembly, and after a joining process, for example, it is necessary to check whether the parts to be installed are correctly positioned and fully engaged.
この目的のために、品質ルールを可能な限り簡単に定義するため、生産設備、特に、ロボットシステムのコミッショニングエンジニアにツールを提供することが知られている。例えば、光学的に取得した画像における特定の光学的特徴、例えば、円、線、パターン等は、特定の位置にある必要があるか、または特定の寸法を有している必要がある。そこで、これらのルールについて、コミッショニングエンジニアはいくつかの画像例を用いてチェックし、所望の信頼性が達成されるまでパラメータを調整する。 For this purpose, it is known to provide tools to the commissioning engineers of production facilities, in particular robotic systems, to define quality rules as simply as possible. For example, certain optical features in optically acquired images, such as circles, lines, patterns, etc., must be in a specific position or have specific dimensions. The commissioning engineer then checks these rules using several example images and adjusts the parameters until the desired reliability is achieved.
本発明の根底にある課題は、生産設備の中間製品または最終製品の光学的品質管理のためのコンピュータ実装方法およびツールならびに生産設備制御装置であって、生産設備における条件および関係が絶え間なく変化する中で品質管理を設定するコストについて、生産設備をそれに対応して適応的に調整して使用する品質管理が行われるように低減することができる、コンピュータ実装方法およびツールならびに生産設備制御装置を特定することである。 The problem underlying the present invention is to identify a computer-implemented method and tool, as well as a production facility control device, for optical quality control of intermediate or final products in a production facility, which reduces the cost of establishing quality control in the face of constantly changing conditions and relationships in the production facility, so that quality control is performed by adaptively adjusting the use of the production facility accordingly.
本課題は、請求項1の上位概念において定義されるコンピュータ実装方法に基づいて、請求項1の特徴部に記載の特徴により解決される。 This problem is solved by the features recited in the characterizing part of claim 1, based on the computer-implemented method defined in the generic concept of claim 1.
また、本課題は、請求項6の上位概念において定義されるコンピュータ実装ツールに基づいて、請求項6の特徴部に記載の特徴により解決される。 The present problem is also solved by the features described in the characterizing part of claim 6, based on the computer-implemented tool defined in the generic concept of claim 6.
また、本課題は、請求項11の上位概念において定義される生産設備制御装置に基づいて、請求項11の特徴部に記載の特徴により解決される。 Furthermore, this problem is solved by the features described in the characterizing part of claim 11, based on the production equipment control device defined in the generic concept of claim 11.
独立請求項1、6および11に記載の発明の根底にある思想は、生産設備の中間製品または最終製品の光学的品質管理のために、与えられた内部および外部パラメータに関して画像取得装置によって取得した、生産設備の製品画像が用いられ、生産設備(PA)のデジタルツインのデジタルツインデータが用いられ、生産設備の実行時にデジタルツインが生産設備と同期されており、(i)デジタルツインデータに基づく合成シミュレーション画像をレンダリングし、レンダリングした合成シミュレーション画像は製品画像取得の際と同一の内部および外部パラメータに基づいており、(ii)製品画像を、訓練したドメイン適応を用いて、実ドメインから人工ドメインに転移し、その際、訓練によって取得したドメイン転移パラメータに基づいて、製品画像から合成製品画像を生成し、(iii)合成製品画像を合成シミュレーション画像と、比較演算子を用いて比較し、(iv)製品を定性的に評価する比較結果を出力することである。 The idea underlying the inventions described in independent claims 1, 6 and 11 is to use product images of a production facility acquired by an image acquisition device for given internal and external parameters for optical quality control of intermediate or final products of the production facility, and to use digital twin data of a digital twin of the production facility (PA), the digital twin being synchronized with the production facility during runtime of the production facility; (i) rendering a synthetic simulation image based on the digital twin data, the rendered synthetic simulation image being based on the same internal and external parameters as when the product image was acquired; (ii) transferring the product image from a real domain to an artificial domain using trained domain adaptation, whereby a synthetic product image is generated from the product image based on the domain transfer parameters acquired by training; (iii) comparing the synthetic product image with the synthetic simulation image using a comparison operator; and (iv) outputting a comparison result for qualitatively evaluating the product.
従来のルールベースの手法と比較すると、本発明は、より良好なスケーリングの可能性を提供する根本的に別のアプローチを追求するものである。 Compared to traditional rule-based approaches, the present invention pursues a fundamentally different approach that offers better scaling potential.
ここで、本発明の1つの本質的な態様は、品質管理のために、実画像ドメインから人工画像ドメインへのドメイン変換を用いることである。これにより、画像差分を検出するためのより簡単な画像比較が達成される。 Here, one essential aspect of the present invention is to use domain transformation from the real image domain to the artificial image domain for quality control, thereby achieving easier image comparison to detect image differences.
請求項2および7に記載の本発明の1つの有利な発展形態は、ドメイン適応(DA)は「機械学習」モデルとして「敵対的生成ネットワーク(GAN:Generative Adversarial Networks)」の原理に従って実装され、データ生成のために、2つの競合する、生成ネットワークおよび識別ネットワークと称される人工ニューラルネットワークが用いられ、生成ネットワークは人工データを生成し、人工データを識別ネットワークが本物の、例えば、画像から取得した、データに基づいてチェックし、2つのネットワークは、生成ネットワークによって生成された人工データがますますリアルに見えるようになり、最終的には、識別ネットワークがリアルなデータを本物のデータと区別することがもはやできないように、論理的および数学的に互いにリンクされている。 In one advantageous development of the invention as defined in claims 2 and 7, domain adaptation (DA) is implemented as a "machine learning" model according to the principles of "Generative Adversarial Networks (GAN)," and for data generation, two competing artificial neural networks, called a generative network and a discriminative network, are used, the generative network generating artificial data, which the discriminative network checks against real data, e.g., obtained from images, and the two networks are logically and mathematically linked to each other in such a way that the artificial data generated by the generative network looks increasingly realistic until, ultimately, the discriminative network can no longer distinguish real data from real data.
また、有利には、請求項3および8によると、ドメイン転移パラメータを有する訓練したドメイン適応は、以下のステップ「S1」および「S2」:
ステップ「S1」:それぞれ一様に与えられた内部および外部パラメータに関して、取得した製品画像とそれに関連する合成シミュレーション画像とにより構成される複数「n」個の画像ペアに基づいて、データセットを生成するステップ;
ステップ「S2」:生成したデータセットに基づいて、学習手法、例えば、「敵対的生成ネットワーク(GAN)」によって、シミュレーション画像関連データへの製品画像関連データの転移を訓練するステップを備える2段階訓練において実行される。
Also advantageously, according to claims 3 and 8, the trained domain adaptation with domain transfer parameters is carried out by the following steps "S1" and "S2":
Step "S1": generating a dataset based on a number "n" of image pairs consisting of acquired product images and associated synthetic simulation images, each for uniformly given internal and external parameters;
Step "S2": Based on the generated dataset, a two-stage training is carried out, which includes training the transfer of product image-related data to simulation image-related data using a learning method, for example, a "generative adversarial network (GAN)."
また、本発明は、有利には、
・請求項4および9によると、比較演算子は、比較が画素毎に行われるように構成されており、
・請求項5および10によると、生産設備は、処理タスク、サービスタスクおよび/または製造タスクを実行するための汎用的に使用可能な移動機械を有するロボットシステムまたは自動化システムであることを特徴とする。
The present invention also advantageously comprises:
According to claims 4 and 9, the comparison operator is configured such that the comparison is performed pixel by pixel,
According to claims 5 and 10, the production facility is characterized in that it is a robotic or automation system with universally usable mobile machines for carrying out processing, service and/or manufacturing tasks.
以下、本発明の根底にある原理的なシナリオを説明する。 The following describes the fundamental scenario underlying this invention.
ここで、説明するシナリオの出発点は、生産設備のデジタルツインの詳細が実行時に利用可能となる前提条件である。このデジタルツインは:
・用いられる物体、ロボットおよび生産設備の構成要素の幾何形状および/またはテクスチャ
・実行時、つまり、与えられた時点において、物体、ロボットおよび生産設備の構成要素の期待される位置および姿勢を有する。
The starting point for the scenario described here is the prerequisite that the details of the digital twin of the production facility are available at runtime. This digital twin:
- The geometry and/or texture of the objects, robots and production equipment components used - The runtime, i.e., the expected positions and poses of the objects, robots and production equipment components at a given point in time.
この前提条件は、一般に、自律的に動作する生産設備または生産システムについて満たされるが、従来の生産設備または生産システムについても満たすことができ、またはレトロフィットすることができる。 This prerequisite is generally met for autonomously operating production equipment or systems, but can also be met for or retrofitted to conventional production equipment or systems.
これにより、またはこれに基づいて、本発明のアプローチによると、生産設備のチェック対象である部分または製品、例えば、中間製品または最終製品のリアルな画像を取得し、この画像を、ドメイン適応を用いてシミュレーションの画像空間に転移する。さらに、転移した画像を、デジタルツインを用いて生成されたものである合成的にレンダリングした画像と比較する。ここで、同じ画像空間内で利用可能であり「合成的に見える」画像を、比較演算子を用いて差分に関してチェックすることができる。ここで、比較結果の出力は、例えば、品質結果が「OK」であってもよく、「OK」でなくてもよい。
その場合、品質結果をさらなるプロセスにおいて自動的に考慮に入れることができ、例えば、生産欠陥製品(例えば、中間製品または最終製品)を自動的に選別することができ、または生産設備のユーザにサポートを要請することができる。
According to this or based on this, the inventive approach involves taking a realistic image of the part or product to be checked of the production equipment, e.g., an intermediate or final product, and transferring this image to a simulated image space using domain adaptation. The transferred image is then compared with a synthetically rendered image, generated using a digital twin. Now, a "synthetic-looking" image available in the same image space can be checked for differences using a comparison operator. Here, the output of the comparison result can be, for example, a quality result of "OK" or not "OK."
In that case, the quality results can be automatically taken into account in further processes, for example, production defective products (e.g. intermediate products or final products) can be automatically sorted out or support can be requested from the user of the production facility.
本発明のアプローチは、2つの主段階を有する:
1.ドメイン適応のための訓練:このステップにおいて、画像を実ドメインから人工ドメインに転移するための基礎を作成する。これは、ドメイン適応の一部である。その際の、ドメイン適応のための訓練の1つの可能な例示的な手法は、上述の「敵対的生成ネットワーク(GAN)」技術である。
The approach of the present invention has two main steps:
1. Training for domain adaptation: In this step, we create the basis for transferring images from a real domain to an artificial domain. This is a part of domain adaptation. One possible exemplary approach for training for domain adaptation is the above-mentioned "generative adversarial network (GAN)" technique.
訓練は以下のように特徴付けることができる:
a.第1ステップにおいて、光学的な取得のために、それぞれ、画像取得装置、例えば、カメラの同一のパースペクティブおよび同一のパラメータ(内部および外部)からなるリアルな画像とそれに関連する合成画像とにより構成されるデータセットを取得する。
Training can be characterized as follows:
a. In a first step, for optical acquisition, a data set is acquired consisting of a real image and its associated synthetic image, each of the same perspective and the same parameters (internal and external) of the image acquisition device, e.g., camera.
・この場合、データ取得および訓練は、生産設備のコミッショニングの初期段階で行うことができ、生産する製品(中間製品または最終製品)の多様性に従って生産設備について1回だけ行う必要がある。つまり、製品変更の際に新たな訓練は不要である。 - In this case, data acquisition and training can be carried out at the early stage of commissioning the production equipment and only need to be carried out once for the production equipment according to the variety of products (intermediate or final products) produced. In other words, new training is not required when products are changed.
・その際、データ取得は、試験段階または試運転段階中に共に実行される。この場合、品質管理の必要がある箇所において、リアルな画像を取得して保存し、カメラパラメータ(画像取得装置の内部および外部パラメータ)も同様に保存する。さらに、訓練のためのデータ取得の一部として、デジタルツインを用いて、それに関連する合成画像を同一のパースペクティブに基づいて同一のパラメータを用いてレンダリングし、データセットに保存する。 - In this case, data acquisition is carried out jointly during the testing or commissioning phase. In this case, where quality control is required, realistic images are acquired and saved, as are camera parameters (internal and external parameters of the image acquisition device). Furthermore, as part of data acquisition for training, the digital twin is used to render related synthetic images based on the same perspective and with the same parameters, which are saved in the dataset.
b.最後に、合成データへの実データの転移が学習される訓練ステップが行われる。この目的のために、例えば、上述の「敵対的生成ネットワーク(GAN)」技術を用いることができる。 b. Finally, a training step is performed in which the transfer of real data to synthetic data is learned. For this purpose, for example, the aforementioned "generative adversarial network (GAN)" technique can be used.
2.生産設備動作:
a.製品または部品、中間製品または最終製品が可視であるように、画像取得装置を適切な位置に配置する。適切な位置は、生産設備の実行時にヒューリスティックによって計算することができる。このことは、特に、自律的な生産設備に適用される。
b.製品画像を取得する。
c.リアルな製品画像を合成(シミュレーション)画像の画像ドメインに、ドメイン適応、例えば、「敵対的生成ネットワーク(GAN)」技術を用いて変換する。
d.デジタルツインにおいて同一の位置に基づいて同一のパラメータ(画像取得装置の内部および外部パラメータ)を用いて取得される合成画像をレンダリングする。
e.比較演算子を用いて画像を比較する。ここで、本発明の1つの有利な実施形態ではニューラルネットワークを用いることができるが、従来の画素ベースの手法も適切である。
2. Production equipment operation:
a) Position the image capture device in a suitable position so that the product or part, intermediate product or final product is visible. The suitable position can be calculated by heuristics at run-time of the production facility. This applies especially to autonomous production facilities.
b) Obtain a product image.
c. Transforming realistic product images into the image domain of synthetic (simulated) images using domain adaptation, e.g., Generative Adversarial Networks (GAN) techniques.
d. Rendering a composite image captured with identical parameters (internal and external parameters of the image capture device) based on the same position in the digital twin.
e. Compare the images using a comparison operator, where a neural network may be used in one advantageous embodiment of the present invention, although traditional pixel-based approaches are also suitable.
本発明のさらなる有利な点は、1つの図面に基づく本発明の実施形態例の以下の説明から明らかとなる。 Further advantages of the present invention will become apparent from the following description of an example embodiment of the invention based on one drawing.
オプション「A」による中間製品または最終製品の光学的品質管理のための本発明の第1変形例において、生産設備PAは、生産設備制御装置PAS、データベースDB、例えば、カメラの形態と形状で構成されている、画像取得装置BEEおよび出力装置AEHを含む。データベースDBおよび画像取得装置BEEは、生産設備制御装置PASにアクセスするために生産設備制御装置PASと接続されている一方、出力装置AEHは、オプション「I」による第1実施形態において、データベースDBおよび画像取得装置BEEと同様に、生産設備制御装置PASのアクセスのために生産設備制御装置PASと接続されているか、または、オプション「II」による第2実施形態において、生産設備制御装置PASに含まれているかの何れかである。 In a first variant of the invention for the optical quality control of intermediate or final products according to option "A", the production facility PA includes a production facility control device PAS, a database DB, an image acquisition device BEE, which is configured, for example, in the form and shape of a camera, and an output device AEH. The database DB and the image acquisition device BEE are connected to the production facility control device PAS for accessing the production facility control device PAS, while the output device AEH, like the database DB and the image acquisition device BEE, is either connected to the production facility control device PAS for accessing the production facility control device PAS in the first embodiment according to option "I", or is included in the production facility control device PAS in the second embodiment according to option "II".
オプション「A」による本発明の第1変形例の代替として、オプション「B」による中間製品または最終製品の光学的品質管理のための本発明の第2変形例において、生産設備PA、生産設備制御装置PAS、データベースDBおよび画像取得装置BEEは、生産設備PAにおいて「統合される」のではなく、むしろ、それら全ては個別の装置として機能し、生産設備制御装置PASは、生産設備PA、データベースDBおよび画像取得装置BEEとアクセスのために接続されている一方、出力装置AEHは、オプション「I」による第1実施形態において、生産設備制御装置PASのアクセスのための生産設備PAに含まれているか、または、オプション「II」による第2実施形態において、生産設備制御装置PASに含まれているかの何れかである。 As an alternative to the first variant of the invention according to option "A", in a second variant of the invention for optical quality control of intermediate or final products according to option "B", the production equipment PA, the production equipment control device PAS, the database DB and the image acquisition device BEE are not "integrated" in the production equipment PA, but rather they all function as separate devices, and the production equipment control device PAS is connected for access to the production equipment PA, the database DB and the image acquisition device BEE, while the output device AEH is either included in the production equipment PA for access by the production equipment control device PAS in the first embodiment according to option "I", or is included in the production equipment control device PAS in the second embodiment according to option "II".
本発明のこれらの2つの「極端な」変形例の間の他の変形例も考えられ(明示的には不図示)、データベースDB、画像取得装置BEEまたは生産設備制御装置PASのみが生産設備PAに含まれているか、または、上記装置のうちの2つがそれぞれ生産設備PAに含まれているかの何れかである。 Other variations between these two "extreme" variations of the invention are also possible (not explicitly shown), in which either only the database DB, the image acquisition device BEE or the production equipment control device PAS are included in the production equipment PA, or two of the above devices are each included in the production equipment PA.
オプション「A」および「B」による2つの図示の変形例において、生産設備制御装置PASは、好ましくは、処理タスク、サービスタスクおよび/または製造タスクを実行するための汎用的に使用可能な移動機械を有するロボットシステムまたは自動化システム用の制御装置STEである。 In the two illustrated variants according to options "A" and "B", the production equipment control device PAS is preferably a control device STE for a robotic or automation system having universally usable mobile machines for performing processing, service and/or manufacturing tasks.
オプション「B」による図示の変形例に関して、代替的に、生産設備制御装置PASは、一般的なパーソナルコンピュータまたは制御装置であることも可能である。 Regarding the variant illustrated by option "B", the production equipment control device PAS can alternatively be a general personal computer or control device.
図の記載に関する以下の説明は、オプション「A」および「B」による中間製品または最終製品の光学的品質管理のための本発明の図示の変形例の両方に適用される。 The following explanations regarding the description of the figures apply to both the illustrated variants of the invention for optical quality control of intermediate or final products according to options "A" and "B".
この目的のために、
・画像取得装置BEEは、画像取得装置BEEの与えられた内部および外部パラメータに関して、中間製品または最終製品に関係する可能性がある生産設備PAの製品画像PBと、画像取得装置BEEの一様に与えられた内部および外部パラメータに関して、複数「n」個の画像ペアに基づいてデータセットを生成するために、製品画像PB1,・・・,PBnとの両方を取得する。
・データベースDBは、生産設備PAのデジタルツインDZのデジタルツインデータDZDを保存し、生産設備PAの実行時にデジタルツインDZは生産設備PAと同期されている。
・好ましくは、アプリとして構成されているコンピュータプログラム製品CPPであり、生産設備PAの中間製品または最終製品の光学的品質管理のために生産設備制御装置PASにロード可能なコンピュータ実装ツールCIWが使用される。
To this end,
The image acquisition device BEE acquires both product images PB of the production equipment PA, which may relate to an intermediate product or a final product, for given internal and external parameters of the image acquisition device BEE, and product images PB1, ..., PBn, for uniformly given internal and external parameters of the image acquisition device BEE, to generate a dataset based on a plurality of "n" image pairs.
- The database DB stores the digital twin data DZD of the digital twin DZ of the production equipment PA, and when the production equipment PA is executed, the digital twin DZ is synchronized with the production equipment PA.
A computer-implemented tool CIW is used, which is preferably a computer program product CPP configured as an app and which can be loaded into the production facility control device PAS for the optical quality control of intermediate or final products of the production facility PA.
コンピュータ実装ツールCIWは、光学的品質管理のためのプログラムモジュールPGMのプロセッサ可読制御プログラム命令が格納されている不揮発性可読メモリSPと、生産設備PAの中間製品または最終製品の光学的品質管理のためのプログラムモジュールPGMの制御プログラム命令を実行する、メモリSPと接続されているプロセッサPZと、
を含む。
The computer-implemented tool CIW comprises a non-volatile readable memory SP in which processor-readable control program instructions of a program module PGM for optical quality control are stored, and a processor PZ connected to the memory SP, which executes the control program instructions of the program module PGM for optical quality control of intermediate or final products of the production facility PA.
Includes.
この目的のために、コンピュータ実装ツールCIWは、
・画像取得装置BEEによって、与えられた内部および外部パラメータに関して取得した生産設備PAの製品画像PBと、画像取得装置BEEによって、与えられた内部および外部パラメータに関して、複数「n」個の画像ペアに基づいてデータセットを生成するために取得した製品画像PB1,・・・,PBnと、
・データベースDBに保存した生産設備PAのデジタルツインDZのデジタルツインデータDZDと、
を用い、生産設備PAの実行時にデジタルツインDZは生産設備PAと同期されている。
For this purpose, the computer implemented tool CIW:
- product images PB of the production equipment PA acquired by the image acquisition device BEE for given internal and external parameters, and product images PB1, ..., PBn acquired by the image acquisition device BEE for given internal and external parameters to generate a data set based on a number "n" of image pairs;
- Digital twin data DZD of the digital twin DZ of the production equipment PA stored in the database DB,
The digital twin DZ is synchronized with the production equipment PA when the production equipment PA is executed.
これらのデータは、コンピュータ実装ツールCIWを生産設備制御装置PASにロードする際に、プロセッサPZにより入力データとしてアクセスを通じて要求され、その後に収集されるか供給されるかの何れかである。 These data are requested by the processor PZ through access as input data when loading the computer-implemented tool CIW into the production equipment control device PAS, and are subsequently either collected or provided.
コンピュータ実装ツールCIWのプログラムモジュールPGMと、光学的品質管理のためのプログラムモジュールPGMの制御プログラム命令を実行するコンピュータ実装ツールCのプロセッサPZは、光学的品質管理のため、
・デジタルツインデータDZDに基づく合成シミュレーション画像SBsynをレンダリングrdnするステップであって、その際、レンダリングした合成シミュレーション画像SBsynは製品画像取得の際と同一の内部および外部パラメータに基づいている、ステップと、
・製品画像PBを、訓練trnしたドメイン適応DAを用いて、実ドメインから人工ドメインに転移trfするするステップであって、
ドメイン適応は、例えば、好ましくは、「機械学習」モデルとして「敵対的生成ネットワーク(GAN)」の原理に従って実装され、データ生成のために、2つの競合する、生成ネットワークおよび識別ネットワークと称される人工ニューラルネットワークが用いられ、生成ネットワークは人工データを生成し、人工データを識別ネットワークが本物の、例えば、画像から取得した、データに基づいてチェックし、2つのネットワークは、生成ネットワークによって生成された人工データがますますリアルに見えるようになり、最終的には、識別ネットワークがリアルなデータを本物のデータと区別することがもはやできなくなるように、論理的および数学的に互いにリンクされており、
ドメイン適応DAは、訓練trnによって取得したドメイン転移パラメータDTPを有し、ドメイン転移パラメータDTPを有する訓練trnしたドメイン適応DAは、好ましくは、以下のステップ「S1」および「S2」、すなわち、
「S1」:一様に与えられた内部および外部パラメータに関して、取得した製品画像PB1,・・・,PBnとそれに関連する合成シミュレーション画像SB1syn,...,SBnsynとにより構成される複数「n」個の画像ペアに基づいて、データセットを生成するステップと、
「S2」:生成したデータセットに基づいて、学習手法、例えば、「敵対的生成ネットワーク(GAN)」によって、シミュレーション画像関連データへの製品画像関連データの転移を訓練するステップを備える2段階訓練trnにおいて実行されるステップと、
を用いて訓練され、
訓練後、訓練したドメイン適応DAによって、ドメイン転移パラメータDTPに応じて、製品画像PBから合成製品画像PBsynを生成し、これにより、比較を目的として、合成シミュレーション画像SBsynと合成製品画像PBsynとにより構成される画像ペアが人工画像空間に生じる、
ステップと、
・合成製品画像PBsynを合成シミュレーション画像SBsynと、比較演算子VOを用いて比較vglするステップであって、比較演算子VOは、例えば、好ましくは、比較が画素毎に行われるように構成されている、ステップと、
・製品を定性的に評価する比較結果VGEを出力asgするステップであって、この比較結果VGEは、例えば、好ましくは、生産設備PAまたは生産設備PAの生産設備制御装置PASの出力装置AEHによって出力asgされる、ステップと、
が実行されるように構成されている。
The program module PGM of the computer-implemented tool CIW and the processor PZ of the computer-implemented tool C, which executes the control program instructions of the program module PGM for optical quality control,
Rendering a synthetic simulation image SB syn based on the digital twin data DZD, wherein the rendered synthetic simulation image SB syn is based on the same internal and external parameters as those used to acquire the product image;
Transferring product images PB from a real domain to an artificial domain using the trained domain adaptation algorithm,
Domain adaptation is preferably implemented, for example, according to the principles of "generative adversarial networks (GAN)" as a "machine learning" model, in which two competing artificial neural networks, called a generative network and a discriminative network, are used for data generation, the generative network generating artificial data, which the discriminative network checks against real data, e.g., obtained from images, and the two networks are logically and mathematically linked to each other in such a way that the artificial data generated by the generative network looks more and more realistic until, eventually, the discriminative network can no longer distinguish the realistic data from the real data;
The domain adaptation DA has domain transfer parameters DTP obtained by training trn, and the trained domain adaptation DA having the domain transfer parameters DTP preferably performs the following steps "S1" and "S2", namely:
"S1": generating a dataset based on a number "n" of image pairs consisting of acquired product images PB1, ..., PBn and their associated synthetic simulation images SB1 syn , ..., SBn syn for uniformly given intrinsic and extrinsic parameters;
"S2": A step is carried out in a two-stage training trn, which comprises training the transfer of product image-related data to simulation image-related data by a learning method, for example, a "generative adversarial network (GAN)", based on the generated dataset;
Trained using
After training, the trained domain adaptation algorithm generates a synthetic product image PB from the product image PB according to the domain transfer parameter DTP, thereby generating an image pair in the artificial image space consisting of the synthetic simulation image SB and the synthetic product image PB for comparison purposes;
Steps and
- comparing vgl the composite product image PB syn with the composite simulation image SB syn using a comparison operator VO, which is for example preferably configured such that the comparison is performed pixel by pixel;
- outputting a comparison result VGE that qualitatively evaluates the product, said comparison result VGE being preferably output by an output device AEH of the production facility PA or of a production facility control device PAS of said production facility PA;
is configured to run.
Claims (12)
・与えられた内部および外部パラメータに関して画像取得装置(BEE)によって取得した、生産設備(PA)の製品画像(PB)が用いられ、
・前記生産設備(PA)のデジタルツイン(DZ)のデジタルツインデータ(DZD)が用いられ、前記生産設備(PA)の実行時に前記デジタルツイン(DZ)が前記生産設備(PA)と同期されている、
コンピュータ実装方法において、
a)前記デジタルツインデータ(DZD)に基づいて、合成シミュレーション画像(SBsyn)をレンダリング(rdn)するステップであって、前記レンダリングした合成シミュレーション画像(SBsyn)が製品画像取得の際と同一の前記内部および外部パラメータに基づいている、ステップと、
b)前記製品画像(PB)を、訓練(trn)したドメイン適応(DA)を用いて、実ドメインから人工ドメインに転移(trf)するステップであって、前記ドメイン適応(DA)は、前記訓練(trn)によって取得したドメイン転移パラメータ(DTP)を有し、前記ドメイン適応(DA)によって、前記ドメイン転移パラメータ(DTP)に応じて、前記製品画像(PB)から合成製品画像(PBsyn)を生成し、これにより、比較を目的として、前記合成シミュレーション画像(SBsyn)と前記合成製品画像(PBsyn)と、により構成される画像ペアが人工画像空間に生じる、ステップと、
c)比較演算子(VO)を用いて、前記合成製品画像(PBsyn)を前記合成シミュレーション画像(SBsyn)と比較(vgl)するステップと、
d)製品を定性的に評価する比較結果(VGE)を出力(asg)するステップであって、特に、前記生産設備(PA)の出力装置(AEH)または前記生産設備(PA)の生産設備制御装置(PAS)によって、出力(asg)するステップと、
を有することを特徴とする、コンピュータ実装方法。 1. A computer-implemented method for optical quality control of intermediate or final products of a production facility, comprising:
Product images (PB) of a production facility (PA) are used, acquired by an image acquisition device (BEE) for given internal and external parameters,
Digital twin data (DZD) of the digital twin (DZ) of the production equipment (PA) is used, and the digital twin (DZ) is synchronized with the production equipment (PA) when the production equipment (PA) is running.
1. A computer-implemented method comprising:
a) rendering (rdn) a synthetic simulation image (SB syn ) based on said digital twin data (DZD), said rendered synthetic simulation image (SB syn ) being based on said internal and external parameters identical to those used when a product image was acquired;
b) transferring (trf) said product image (PB) from a real domain to an artificial domain using a trained (trn) domain adaptation (DA), said domain adaptation (DA) having domain transfer parameters (DTP) obtained by said training (trn), said domain adaptation (DA) generating a synthetic product image (PB syn ) from said product image (PB) according to said domain transfer parameters (DTP), thereby generating an image pair in the artificial image space consisting of said synthetic simulation image (SB syn ) and said synthetic product image (PB syn ) for comparison purposes;
c) comparing (vgl) said synthetic product image (PB syn ) with said synthetic simulation image (SB syn ) using a comparison operator (VO);
d) outputting (asg) a comparison result (VGE) for qualitatively evaluating the product, in particular by an output device (AEH) of said production facility (PA) or by a production facility control device (PAS) of said production facility (PA);
1. A computer-implemented method comprising:
前記2つのネットワークは、前記生成ネットワークによって生成された前記人工データがますますリアルに見えるようになり、最終的には、前記識別ネットワークが前記リアルなデータを前記本物のデータと区別することがもはやできなくなるように、論理的および数学的に互いにリンクされている、
ことを特徴とする、請求項1に記載のコンピュータ実装方法。 The domain adaptation (DA) is implemented as a "machine learning" model according to the principles of "generative adversarial networks (GAN)." For data generation, two competing artificial neural networks, called a generative network and a discriminative network, are used. The generative network generates artificial data, which the discriminative network checks based on real data, e.g., obtained from images.
the two networks are logically and mathematically linked together such that the artificial data generated by the generative network appears increasingly realistic until, eventually, the discriminative network can no longer distinguish the realistic data from the genuine data.
10. The computer-implemented method of claim 1.
「S1」:一様に与えられた内部および外部パラメータに関して、取得した製品画像(PB1,・・・,PBn)とそれに関連する合成シミュレーション画像(SB1syn,...,SBnsyn)とにより構成される複数「n」個の画像ペアに基づいて、データセットを生成するステップと、
「S2」:前記生成したデータセットに基づいて、学習手法、例えば、「敵対的生成ネットワーク(GAN)」によって、シミュレーション画像関連データへの製品画像関連データの前記転移を訓練するステップと、
を備える2段階訓練(trn)において実行されることを特徴とする、請求項1に記載のコンピュータ実装方法。 The trained (trn) domain adaptation (DA) with the domain transfer parameters (DTP) is
"S1": generating a dataset based on a number "n" of image pairs consisting of acquired product images (PB1, ..., PBn) and their associated synthetic simulation images (SB1 syn , ..., SBn syn ) for uniformly given intrinsic and extrinsic parameters;
"S2": Training the transfer of product image-related data to simulation image-related data by a learning method, such as a "generative adversarial network (GAN)", based on the generated dataset;
2. The computer-implemented method of claim 1, wherein the method is performed in a two-stage training (trn) comprising:
・与えられた内部および外部パラメータに関して画像取得装置(BEE)によって取得した、生産設備(PA)の製品画像(PB)が用いられ、
・前記生産設備(PA)のデジタルツイン(DZ)のデジタルツインデータ(DZD)が用いられ、前記生産設備(PA)の実行時に前記デジタルツイン(DZ)が前記生産設備(PA)と同期されている、
コンピュータ実装ツール(CIW)において、
光学的品質管理のためのプログラムモジュール(PGM)のプロセッサ可読制御プログラム命令が格納されている不揮発性可読メモリ(SP)と、生産設備の前記中間製品または最終製品の光学的品質管理のための前記プログラムモジュール(PGM)の前記制御プログラム命令を実行する、前記メモリ(SP)と接続されているプロセッサ(PZ)と、
を備えるコンピュータシステムによりロードされることにより、
a)前記デジタルツインデータ(DZD)に基づく合成シミュレーション画像(SBsyn)がレンダリング(rdn)され、前記レンダリングした合成シミュレーション画像(SBsyn)は製品画像取得の際と同一の前記内部および外部パラメータに基づいており、
b)前記製品画像(PB)が、訓練(trn)したドメイン適応(DA)を用いて、実ドメインから人工ドメインに転移(trf)され、前記ドメイン適応(DA)は、前記訓練(trn)によって取得したドメイン転移パラメータ(DTP)を有し、前記ドメイン適応(DA)によって、前記ドメイン転移パラメータ(DTP)に応じて、前記製品画像(PB)から合成製品画像(PBsyn)を生成し、これにより、比較を目的として、前記合成シミュレーション画像(SBsyn)と前記合成製品画像(PBsyn)と、により構成される画像ペアが人工画像空間に生じ、
c)前記合成製品画像(PBsyn)が、比較演算子(VO)を用いて、前記合成シミュレーション画像(SBsyn)と比較(vgl)され、
d)製品を定性的に評価する比較結果(VGE)が、特に、前記生産設備(PA)の出力装置(AEH)または前記生産設備(PA)の生産設備制御装置(PAS)によって出力(asg)されるように、
前記プログラムモジュール(PGM)が構成されるとともに、光学的品質管理のための前記プログラムモジュール(PGM)の前記制御プログラム命令を実行するように、前記プロセッサ(PZ)が構成されているコンピュータシステムを表現する、
ことを特徴とする、コンピュータ実装ツール(CIW)。 A computer-implemented tool (CIW) for the optical quality control of intermediate or final products of a production facility, in particular a computer program product (CPP) configured as an app, which for said quality control comprises:
Product images (PB) of a production facility (PA) are used, acquired by an image acquisition device (BEE) for given internal and external parameters,
Digital twin data (DZD) of the digital twin (DZ) of the production equipment (PA) is used, and the digital twin (DZ) is synchronized with the production equipment (PA) when the production equipment (PA) is running.
In computer implemented tools (CIW),
a non-volatile readable memory (SP) in which processor-readable control program instructions of a program module (PGM) for optical quality control are stored; and a processor (PZ) connected to said memory (SP) for executing said control program instructions of said program module (PGM) for optical quality control of said intermediate or final products of a production facility;
When loaded by a computer system including
a) a synthetic simulation image (SB syn ) based on the digital twin data (DZD) is rendered (rdn), and the rendered synthetic simulation image (SB syn ) is based on the same internal and external parameters as when the product image was acquired;
b) the product image (PB) is transferred (trf) from a real domain to an artificial domain using a trained (trn) domain adaptation (DA), the domain adaptation (DA) having domain transfer parameters (DTP) obtained by the training (trn), and the domain adaptation (DA) generates a synthetic product image (PB syn ) from the product image (PB) according to the domain transfer parameters (DTP), thereby generating an image pair consisting of the synthetic simulation image (SB syn ) and the synthetic product image (PB syn ) in the artificial image space for comparison purposes;
c) the composite product image (PB syn ) is compared (vgl) with the composite simulation image (SB syn ) using a comparison operator (VO);
d) the comparison result (VGE) for qualitatively evaluating the product is output (asg) in particular by an output device (AEH) of the production facility (PA) or a production facility control device (PAS) of the production facility (PA),
expressing a computer system in which said program module (PGM) is configured and in which said processor (PZ) is configured to execute said control program instructions of said program module (PGM) for optical quality control,
A computer implemented tool (CIW) comprising:
前記2つのネットワークは、前記生成ネットワークによって生成された前記人工データがますますリアルに見えるようになり、最終的には、前記識別ネットワークが前記リアルなデータを前記本物のデータと区別することがもはやできなくなるように、論理的および数学的に互いにリンクされている、
ことを特徴とする、請求項6に記載のコンピュータ実装ツール(CIW)。 The processor (PZ) and the program module (PGM) for optical quality control are configured such that the domain adaptation is implemented according to the principles of "generative adversarial networks (GAN)" as a "machine learning" model, and two competing artificial neural networks, called a generative network and a discriminative network, are used for data generation, the generative network generating artificial data and the discriminative network checking the artificial data based on real data, e.g., obtained from images,
the two networks are logically and mathematically linked together such that the artificial data generated by the generative network appears increasingly realistic until, eventually, the discriminative network can no longer distinguish the realistic data from the genuine data.
A computer implemented tool (CIW) according to claim 6, characterized in that it
ステップ「S1」:一様に与えられた内部および外部パラメータに関して、取得した製品画像(PB1,・・・,PBn)とそれに関連する合成シミュレーション画像(SB1syn,...,SBnsyn)とにより構成される複数「n」個の画像ペアに基づいて、データセットを生成するステップと、
ステップ「S2」:前記生成したデータセットに基づいて、学習手法、例えば、「敵対的生成ネットワーク(GAN)」によって、シミュレーション画像関連データへの製品画像関連データの前記転移を訓練するステップと、
を備える2段階訓練(trn)において実行されるように構成されていることを特徴とする、請求項6に記載のコンピュータ実装ツール(CIW)。 The processor (PZ) and the program module (PGM) for optical quality control train (trn) the domain adaptation (DA) with the domain transfer parameter (DTP) by the following steps "S1" and "S2":
Step "S1": generating a dataset based on a number "n" of image pairs consisting of acquired product images (PB1, ..., PBn) and their associated synthetic simulation images (SB1 syn , ..., SBn syn ) for uniformly given intrinsic and extrinsic parameters;
Step "S2": training the transfer of product image-related data to simulation image-related data by a learning method, for example, a "generative adversarial network (GAN)", based on the generated dataset;
7. A computer implemented tool (CIW) according to claim 6, characterized in that it is adapted to be performed in a two-stage training (trn) comprising:
・与えられた内部および外部パラメータに関して前記生産設備(PA)の製品画像(PB)を取得する画像取得装置(BEE)は、前記生産設備(PA)の構成要素であり、そのようにして前記生産設備制御装置(PAS)と接続されているか、または、前記生産設備(PA)に割り当てられており、そのようにして前記生産設備制御装置(PAS)と接続されているかのいずれかであり、
・前記生産設備(PA)のデジタルツイン(DZ)のデジタルツインデータ(DZD)を保存しているデータベース(DB)は、前記生産設備(PA)に割り当てられており、そのようにして前記生産設備制御装置(PAS)と接続されており、前記生産設備(PA)の実行時に前記デジタルツイン(DZ)が前記生産設備(PA)と同期されている、
生産設備制御装置(PAS)において、
請求項1に記載の方法を実行するために前記生産設備制御装置(PAS)にロード可能である、請求項6に記載のコンピュータ実装ツール(CIW)により特徴付けられている、生産設備制御装置(PAS)。 A production installation control system (PAS) for optical quality control of intermediate or final products of a production installation (PA), comprising:
an image acquisition device (BEE) for acquiring product images (PB) of said production equipment (PA) for given internal and external parameters is either a component of said production equipment (PA) and thus connected to said production equipment control device (PAS) or is assigned to said production equipment (PA) and thus connected to said production equipment control device (PAS);
A database (DB) storing digital twin data (DZD) of the digital twin (DZ) of the production equipment (PA) is assigned to the production equipment (PA) and is thus connected to the production equipment control device (PAS), and the digital twin (DZ) is synchronized with the production equipment (PA) when the production equipment (PA) is running;
In the production equipment control system (PAS),
7. A production installation control system (PAS) characterized by a computer implemented tool (CIW) according to claim 6, which is loadable into said production installation control system (PAS) for carrying out the method according to claim 1.
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